通过精细调控分子构象实现高性能非富勒烯聚合物太阳能电池中分子堆积与共混形貌的调控

摘要： 非对称噻吩并苯并二噻吩（TBD）结构首次在给体-受体（D-A）共聚物中与苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（BDT）和二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（DTBDT）单元进行系统对比，并被用作小分子受体（SMA）的中心核结构。研究合成了具有不同大分子构象的特定聚合物（包括PBDT-BZ、PTBD-BZ和PDTBDT-BZ），随后将其与四种结构与其给体对应物相当的精心设计的受体-给体-受体（A-D-A）SMA进行匹配。所得聚合物太阳能电池（PSC）的性能趋势差异显著且高度依赖材料，活性层形貌主要受聚合物构象支配。由于PTBD-BZ具有更线性的主链，其薄膜比PBDT-BZ和PDTBDT-BZ薄膜具有更高的结晶度以及更有序、更致密的π-π堆积。因此，PTBD-BZ与不同结构的SMA展现出优异的兼容性且对其依赖性较弱，基于PTBD-BZ的电池实现了10~12.5%的高光电转换效率（PCE），而基于PDTBDT-BZ的电池因其锯齿状构象获得较低PCE。总体而言，本研究揭示了通过控制分子构象来调控共轭聚合物光伏性能的有效方法。